Многоступенчатые выпарные установки Майоров В.В Портнов В.В
. .pdf8. По найденной температуре τ2 из [3] определяется давление вторичного пара во II ступени PII , бар, и так далее
для всех ступеней МВУ.
В конце расчета определятся температура конденсации tK вторичного пара в конденсаторе tK = τn −(∆3 )n , °C , где
tK должно соответствовать заданному давлению в конденсаторе PK . При значительном расхождении (свыше 5%) найден-
ных давлений вторичного пара с ранее принятыми следует уточнить величину физико-химической температурной депрессии во всех ступенях установки.
На базе заданных величин и вычисленных температур составляется таблица по следующей форме (таблица 1 на стр. 44).
Ориентировочно температура конденсата определяется по соотношению
tконд,i = ti − 2, °C. |
(28) |
4.2.5 Определение коэффициентов теплопередачи в выпарных аппаратах МВУ
Для расчета выпарных аппаратов с цилиндрическими кипятильными трубками, толщина стенок которых не более 2,5..3 мм, можно пользоваться формулой
43
. Таблица 1
Наименование |
Обозна- |
|
Номера ступеней |
|
|||
параметров |
чение и |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
… |
|
n |
||
|
размер- |
|
|
|
|
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
|
Температура |
t, °C |
|
|
|
|
|
|
греющего пара |
|
|
|
|
|
|
|
Температура кипе- |
tВ, °C |
|
|
|
|
|
|
ния раствора |
|
|
|
|
|
|
|
Температурные де- |
∆1, °C |
|
|
|
|
|
|
прессии |
∆2, °C |
|
|
|
|
|
|
|
∆3, °C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура вто- |
τ, °C |
|
|
|
|
|
|
ричного пара |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура кон- |
tконд, °C |
|
|
|
|
|
|
денсата греющего |
|
|
|
|
|
|
|
пара |
|
|
|
|
|
|
|
Энтальпия греюще- |
i’, |
|
|
|
|
|
|
го пара |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
Энтальпия вторич- |
i”, |
|
|
|
|
|
|
ного пара |
кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
K = |
|
|
|
|
1 |
|
, Вт/ (м2 К), (29) |
|
1 |
|
δcт |
|
1 |
|
|
||
|
+ |
+ |
|
+ Rзаг + Rокс |
||||
|
|
|
α2 |
|||||
|
α1 |
λст |
|
|
||||
где α1 - коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к наружной стенке трубы, Вт/(м2 К);
44
α2 - коэффициент теплоотдачи от стенки к выпариваемо-
му раствору, Вт/(м2 К); δст - толщина стенки кипятильной трубы, м.
λст - коэффициент теплопроводности материала трубы,
Вт/(м К);
Rзаг - термическое сопротивление загрязнений с обеих сторон кипятильной трубы, (м2 К)/Вт. Значение Rзаг выбирают
по экспериментальным данным [8,2,20], но если известны толщины отложений на внутренней и наружной поверхностях δ1 иδ2 и их коэффициенты теплопроводности λ1 и λ2 , то
Rзаг вычисляют по формуле
Rзаг = |
δ1 |
+ |
δ2 |
, (м2 |
K)/ Вт; |
(30) |
||
|
|
|||||||
|
λ |
1 |
|
λ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Rокс = (1,0..1, 2) 10−4 , |
(м2 K)/ Вт; |
- термическое со- |
||||||
противление оксидной пленки (учитывается только для труб из углеродистой стали).
Часто расчетный коэффициент теплопередачи вычисляют по формуле
|
Kрасч = Kт ψ, Вт/ (м2 K), |
(31) |
|
где |
K т - коэффициент теплопередачи, найденный по фор- |
||
муле (29) |
в случае, когда Rзаг = 0; |
|
|
|
ψ |
- поправочный коэффициент на загрязнение, величи- |
|
на которого находится в пределах от 0,7 до 0,9 в зависимости от количества отложений и их теплопроводности.
45
4.2.5.I Выпарные аппараты
с естественной циркуляцией раствора.
При кипении раствора, движущегося внутри трубы, имеют место две зоны теплообмена и гидродинамики:
а) Зона от начала обогрева до сечения, в котором стенка трубы достигает температуры насыщения, соответствующей давлению в этом сечении, т.е. зона, в которой происходит только повышение температуры раствора при отсутствии процесса кипения. Это так называемая конвективная зона.
б) Зона развитого кипения.
Методика расчета теплопередачи при пузырьковом кипении в трубе [9] рекомендует следующий его порядок:
I. Выбирают отношение площади сечения обратной циркуляционной трубы выпарного аппарата fц , м2 , к площади
поперечного сечения трубного пучка fo , м2 . Рекомендуется
fц / fo = 0,1..0,4.
2. Определяют размер, пропорциональный отрывному диаметру парового пузыря
δ = |
σ |
, м, |
(32) |
g(ρL −ρg ) |
где σ - коэффициент поверхностного натяжения для раствора, H/м. Определяется по концентрации и температуре выпариваемого раствора из [4] или по Приложению 2;
ρL - плотность раствора, кг/м3; определяется по кон-
центрации и температуре раствора из [4] или по Приложению
2;
ρg - плотность вторичного пара, кг/м3; определяется по давлению вторичного пара из [3];
46
g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/ с2 .
3. Определяют число Прандтля для раствора по форму-
ле:
Pr |
= |
cL L |
, |
(33) |
|
||||
L |
|
λ L |
|
|
|
|
|
||
где cL - изобарная теплоемкость раствора, Дж/(кг К);
L - динамический коэффициент вязкости раствора,
Па с;
λL - теплопроводность раствора, Вт/(м К).
Указанные теплофизические свойства и число Прандтля определяют по концентрации и температуре раствора в данной ступени из [4] или по Приложению 2.
5. Кратностью циркуляции n называют отношение количества раствора, кг/ч, циркулирующего в контуре выпарного аппарата, к паропроизводительности аппарата w, кг/ ч. Опре-
деляется по формуле:
L 0,32 |
fц |
0,29 |
|
g 0,25 |
|
ρL |
0,27 |
|
δ 0,52 |
||||
n = C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
d |
|
|
|
|
|
|
|
ρg |
|
d |
|||
f0 |
|
|
L |
|
|
||||||||
0,41 |
|
r |
1,67 |
|
|
|
g |
|
|
|
|
PrL |
|
|
|
, |
(34) |
|
|||||
|
cL∆t |
|
|
||
гдеC – коэффициент, значение которого выбирают в зависимости от типа выпарного аппарата по табл. 2.
L, d - длина и внутренний диаметр кипятильной трубы, м. Выбирается для заданного типа аппарата по [10];
g - динамический коэффициент вязкости вторичного
пара, Па с; выбирается по параметрам пара из [3];
rg - теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг;
∆t - полезная разность температур в данном аппарате, °С или К.
47
Таблица 2 Характеристики циркуляционного контура выпарного аппарата
Обозначение |
С |
|
|
|
|
|
в фор- |
Htp, м |
Ltp, м |
Dtp, м |
|
||
аппарата ГОСТ |
муле |
ζМ |
||||
1987-73 |
(34) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тип I |
0,064 |
0,6 Dк |
0,785 Dк |
4f0 |
0,35 |
|
Исполнение I: |
π |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Тип II |
0,068 |
1,5 Dк |
1,3Dк+0, |
4f0 |
0,72 |
|
Исполнение II: |
6 |
π |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Тип II |
0,083 |
0,6 Dк |
0,75Dк+ |
4f0 |
1,32 |
|
Исполнение I: |
0,6 |
π |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Обозначения в таблице 2:
Htp - высота трубопровода парорастворной смеси отно-
сительно верхней трубной решетки;
Ltp - длина трубопровода парорастворной смеси; Dtp - диаметр трубопровода парорастворной смеси;
ζM - суммарный коэффициент местных сопротивлений
трубопровода парорастворной смеси;
DK - диаметр корпуса греющей камеры;
48
Пределы применения формулы (34):
L / d = 60,5..150 ; δ/ d = (6,5..8, 2) 10−2 ;
fЦ / f0 = 0,1..0,4 ; PrL =1,43..21 ;
µL / µg =17,9..357 ; rg / (cL ∆t) =13,7..61 ;
ρg /ρL =(7,35..119) 10−5 ; C=0,064..0,083;n=12..150.
5. Определяют массовое паросодержание двухфазного потока на выходе из кипятильных труб
x = 1/ n. |
(35) |
6. Вычисляют количество раствора, поступающего в кипятильные трубы
G0 = nw , кг/ ч. |
(36) |
7. Определяют площадь сечения трубного пучка аппа-
рата
f0 = 0,25πd2z , м2 , |
(37) |
где z - число труб в греющей камере, шт.; ориентировочно выбирается по [10].
8. Находят массовую скорость двухфазового потока по формуле
S = 0, 205 G |
0 |
/ (3600 f |
0 |
) , кг/(м2 |
c). |
(38) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
49 |
|
|
9. Определяют критерий Рейнольдса потока жидкости в конвективной зоне кипятильной трубы:
ReL |
= |
G0d |
|
. |
(39) |
|
3600 |
f0 |
|
||||
|
|
µL |
|
|||
Если ReL < 2200 , то переходят к другому варианту расчета, уменьшая число труб в греющей камере z до тех пор, пока число ReL не станет больше или равным 2200. Если Re > 9000, то принимают ϕ =1 (в формуле (40)).
10. В диапазоне 2200 ≤ ReL < 9000 коэффициент ϕ определяют как.
ϕ = 0,00155302 ReL3 −3,4 ReL2 10−7
или из таблицы 3
Таблица 3 Зависимость коэффициента ϕ от ReL
ReL |
|
2200 |
2300 |
2500 |
|
|
3000 |
|
3500 |
ϕ |
|
0,22 |
0,35 |
0,45 |
|
|
0,59 |
|
0,70 |
ReL |
|
5000 |
6000 |
7000 |
|
|
8000 |
|
9000 |
ϕ |
|
0,86 |
0,91 |
0,96 |
|
|
0,98 |
|
0,99 |
|
11. Критерий Нуссельта вычисляется по формуле |
|
|||||||
|
|
|
Nu = 0,021 Re0,8 |
Pr0,43 |
ϕ. |
(40) |
|||
|
|
|
|
L |
|
L |
|
|
|
Далее определяется коэффициент теплоотдачи со стороны раствора в зоне конвективного теплообмена:
50
αC = |
Nu λL |
, Вт/(м2 |
K). |
(41) |
|
||||
|
d |
|
|
|
12. Находят температуру стенки трубы со стороны конденсирующегося пара:
|
t'w = 0,5(t +tB ), °C, |
(42) |
где |
t - температура греющего пара, ºС; |
|
|
tB – температура кипения раствора, ºС. |
|
|
13. Определяют температуру пленки конденсата: |
|
|
tпл = 0,5(t +t'w ), °C. |
(43) |
14. По табл. 4 в зависимости от tпл выбирают коэффициент А, т.е. A = f (tпл ).
Таблица 4 - Коэффициент А для воды в зависимости от tпл
t пл , 0C0C |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
1270 |
1470 |
1700 |
1900 |
2070 |
2190 |
2300 |
2370 |
2410 |
2430 |
2430 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15. Температурный напор «насыщенный пар-стенка» |
|||||||||||
при конденсации вычисляют по соотношению |
|
|
|
||||||||
|
|
∆t' = t −t'w , °C. |
|
|
|
|
|
(44) |
|||
16. Коэффициент теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара рекомендуется вычислять по формуле
51
|
|
|
r |
|
0,25 |
|
|
αE |
= 0,92A |
|
gr |
|
|
, Вт/ (м2 K), |
(45) |
|
' |
||||||
|
|
|
L ∆t |
|
|
||
где rgr - теплота парообразования для греющего пара,
кДж/кг; выбирается по параметрам пара из таблиц [3].
17. Усредненную температуру стенки трубы в конвективной зоне определяют из выражения:
α t + α t
,°C. (46)
αC + αe
18.Для определения размеров конвективной зоны предварительно вычисляют следующие коэффициенты:
|
|
rgρLρg |
|
|
|
а) |
B = |
9,8(tB + 273,16)(ρL −ρg ) |
, кг/(м2 |
K). |
(47) |
|
Здесь rg в Дж/кг. |
|
|
||
б) |
П = 3,14Ζd, м; |
|
(48) |
||
в) |
R = αc П, Вт/(м К); |
|
(49) |
||
г) |
QC = GOcL / 3600, Вт/ К; |
|
(50) |
||
д) |
Ψ = 2QC / R , м; |
|
(51) |
||
е) |
ψ = (ρg / ρL )0,5 (µL / µg )0,1 |
|
(52) |
||
19. Вычисляют параметр двухфазного потока
52